NIZO による業界の洞察: 植物タンパク質の抽出のための膜濾過の使用と最適化

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2023 年 1 月 26 日 - 最終更新日 2023 年 1 月 26 日 16:52 GMT

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乳製品や植物材料などのタンパク質源を実行可能なタンパク質成分に変えるには、必要なタンパク質を不要なさまざまな分子から分離する必要があります。 膜濾過は、乳製品業界におけるタンパク質抽出技術であることが証明されています。 現在、新興企業か既存のメーカーかにかかわらず、植物タンパク質分野のプレーヤーも詳細に注目しています。

NIZOのタンパク質機能性専門グループリーダーであるフレッド・ヴァン・デ・ヴェルデ氏が説明するように、これは課題を克服できれば明らかな利点を提供するテクノロジーです。

ルネ・フロリス：​膜ろ過とは何ですか?またその利点は何ですか?​

Fred van de Velde: 膜濾過では、材料の流れをポリマー (場合によってはセラミック) 膜を通して濾過します。 この膜の細孔により、より小さな分子が通過して洗い流される一方、より大きなタンパク質分子は保持されます。 膜にはさまざまな材質と孔径があり、植物タンパク質の生産でよく使用されるもう 1 つのタンパク質抽出技術である酸沈殿と比較して、いくつかの利点があります。

RF: 膜濾過を使用する利点は何ですか?​

FV: まず、膜濾過では実質的にすべてのタンパク質を回収できるため、収率が高くなりますが、酸沈殿の場合はそうではありません。 次に、膜濾過を使用すると、タンパク質の機能がよりよく保持されます。 第三に、これはより環境に優しい技術です。酸沈殿では塩基と酸の両方が使用されるため、塩の側流が生成され、比較的高い塩分を含む生成物が生成されます。 一方、膜濾過では、普通の水を使用して不要な分子を洗い流します。 最終的に、高濃度のタンパク質溶液が得られるため、最終乾燥段階で必要なエネルギーが少なくなり、コストが節約され、環境面での利点も得られます。

RF: 膜濾過を使用する際の課題は何ですか?​

FV: タンパク質抽出中に、残留物が膜上に蓄積し、その濾過能力が低下します。 この汚れの蓄積速度は、膜の細孔サイズと、原料物質と膜物質の間で起こる相互作用によって異なります。 これは乳製品と植物性タンパク質の両方で起こります。 しかし、乳製品業界では、汚れを最小限に抑えて洗浄するためのプロセスがすでに十分に最適化されています。 多くの点で、乳製品は非常に単純です。扱うのは 1 種類の製品 (牛乳) であり、牛乳に含まれるすべての成分は十分に可溶化されており、業界の長い歴史のおかげでその挙動は理解されています。 しかし、植物タンパク質の場合はさらに複雑です。多くの異なるタンパク質源があり、それぞれが異なる動作をしますが、これらのさまざまな動作はまだよく理解されていません。 したがって、汚れを減らし、それによって洗浄やダウンタイムなどを短縮したい場合は、植物タンパク質からの汚れ残留物層を引き起こすメカニズムについてさらに理解する必要があります。

RF: 植物タンパク質による膜の汚れの原因は何ですか?​

FV: NIZO での膜濾過と植物タンパク質の経験に基づいて、膜上に残留物の蓄積を引き起こす可能性のある多くのメカニズムを特定しました。 1 つ目は出発原料中の不溶性成分で、膜の孔を塞ぐ可能性があります。 もちろん、これは可溶性成分で構成されている乳製品/牛乳には問題ありません。 植物材料には非タンパク質繊維も含まれており、これも毛穴を詰まらせる可能性があります。 もう 1 つの潜在的なメカニズムは、膜上のタンパク質の吸着またはタンパク質の展開であり、これがファウリングを引き起こす可能性があります。 さらに、植物性食品にも豊富に含まれるポリフェノールはタンパク質と相互作用し、付着層の形成を促進する可能性があります。

RF: 使用する「適切な」膜をどのように選択しますか?​

FV: 生産を開始する前に、さまざまな膜をテストして、どれが最も汚れが少ないかを確認できます。 「この植物タンパク質源を使用しているため、このタイプの膜がおそらく最適である」と言うのはまだ不可能ですが、膜と植物タンパク質に関する知識は、どのオプションを選択するかを適切に開始するのに役立つかもしれません。テスト。 たとえば、ソラマメにはエンドウ豆よりも多くの繊維が含まれているため、繊維に関連した汚れがより多く発生する可能性があることがわかっています。 一方、ヒマワリと菜種にはポリフェノールが豊富に含まれているため、ポリフェノール関連の汚れがさらに多くなる可能性があります。

RF: 植物タンパク質メーカーは、どのようにして膜濾過の使用を最適化できますか?​

FV: 汚れ層を分析し、上流工程での影響を最小限に抑える戦略を見つけることによって。 たとえば、主な問題が不溶性成分である場合、遠心分離または精密濾過のいずれかで解決できる可能性があります。 汚れの層が主に炭水化物ベースの場合は、酵素を使用して汚れを分解することができます。 したがって、結果として生じる小さな要素はより簡単に洗い流されます。 しかし、膜濾過を使用した植物タンパク質の生産プロセスを最適化するには、やるべきことがまだたくさんあります。

RF: この最適化は処理にどのような影響を与える可能性がありますか?​

FV: 乳製品業界はすでに確立された業界ですが、私たちは乳製品業界で膜ろ過を使用したプロセスを最適化することで優れた結果を確認してきました。 たとえば、乳製品ベースの乳児用ミルクの最適化を行ったところ、実行時間と洗浄時間の比率を大幅に改善することができました。 これにより、工場の生産能力は 40% 増加しました。 このような結果に基づいて、膜ろ過を使用して植物タンパク質処理を最適化するための努力と投資を行うことによっても、大幅な改善がもたらされると確信しています。

RF: 植物タンパク質の膜濾過の使用を改善するための次のステップは何ですか?​

FV: 私たちはすでにファウリングの潜在的なメカニズムをいくつか特定していますが、最適な膜を選択し、対策を設計するには、特定の植物材料を処理する際にどのメカニズムが支配的であるかを理解する必要があります。 特定のタンパク質と膜の組み合わせの選択と最適化でクライアントをサポートすることに加えて、NIZO は業界パートナーのコンソーシアムを設立し、より堅牢な知識を構築し、特定の仮説を検証することに取り組んでいます。 特定のタイプの汚れはすべての植物タンパク質で発生しますか、それとも特定の植物タンパク質でのみ発生しますか? 植物製品における非タンパク質素材の役割は何ですか? たとえば、研究によって検証された考えられるメカニズムによってタンパク質を分割できるようにするには、さらに科学的な洞察が必要です。 それが次の重要なステップです。

NIZOの次の記事では、研究組織は代替タンパク質を単離する際にポリフェノールのような「同乗者」にどう対処するかについて検討する予定だ。​​

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